CN103149117A

CN103149117A - Pbo纤维增强环氧树脂复合材料中树脂含量的检测方法

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Publication number: CN103149117A
Application number: CN2013100854002A
Authority: CN
Inventors: 郑志才; 王尚; 葛林海; 陈艳; 王强; 孙士祥; 孟祥武
Original assignee: No 53 Institute of China North Industries Group Corp
Current assignee: No 53 Institute of China North Industries Group Corp
Priority date: 2013-03-18
Filing date: 2013-03-18
Publication date: 2013-06-12
Anticipated expiration: 2033-03-18
Also published as: CN103149117B

Abstract

本发明属于测试技术领域。本发明涉及的PBO纤维增强环氧树脂复合材料中树脂含量的检测方法，采用不具有氧化性的中等浓度的硫酸水溶液进行试样处理，消化树脂基体；采用同样的纤维作空白参比，扣除空白PBO纤维的损失率，计算复合材料中的树脂含量。检测方法，包括试样准备、消化剂配制、消化、消化体系处理、空白试验与计算过程。该测试方法，树脂基体消化完全，纤维损失少，操作简单，测试周期短，检测准确度高。适用于易氧化纤维增强环氧树脂复合材料的树脂含量测定，特别适用于PBO纤维增强环氧树脂复合材料中树脂含量的测定。

Description

PBO纤维增强环氧树脂复合材料中树脂含量的检测方法

技术领域

本发明属于测试技术领域，涉及化学分析测试技术，特别涉及PBO纤维树脂基复合材料化学成分测试技术。

背景技术

酸蚀法检测复合材料树脂含量方法是将复合材料试样放入95%浓硫酸中，使树脂基体在200℃、6h内完全分解，称量残余纤维质量，通过酸蚀前后试样的质量差计算出复合材料树脂含量。鉴于浓硫酸的强氧化性，以及PBO纤维在200℃易被氧化腐蚀的特点，该方法不能适用于PBO纤维增强环氧树脂复合材料中树脂含量的检测。

针对PBO纤维增强复合材料中树脂含量的相关测试方法未见报道。

发明内容

本发明的目的在于提供一种PBO纤维增强环氧树脂复合材料中树脂含量的检测方法。

本发明的目的是这样实现的，采用不具有氧化性的中等浓度的硫酸水溶液进行试样处理，消化树脂基体；采用同样的纤维作空白参比，扣除空白PBO纤维的损失率，计算复合材料中的树脂含量。

本发明涉及的PBO纤维增强环氧树脂复合材料中树脂含量的检测方法，包括试样准备、消化剂配制、消化、消化体系处理、空白试验与计算过程：

(1) 试样准备：复合材料试样厚度不大于3mm，准确称量精确至0.1mg(G₁)；

(2) 消化剂配制：以质量含量45%-65%的硫酸水溶液，作为消化剂；

(3) 消化：将试样放入不少于50ml消化剂中消化，消化温度120-180℃，消化时间45min-3h，得到消化体系；

(4) 消化体系处理：将蒸馏水缓慢滴加到消化体系中，至消化体系分层，液相澄清，纤维浮至溶液表面。过滤，清洗、干燥纤维，称量纤维得到样品中PBO纤维质量(G₂)；

(5) 空白试验：将相同规格的PBO纤维精确称重至0.1mg(G_f1)，按步骤(3)、(4)处理，得到空白试验残留纤维质量(G_f2)；

(6) 计算：按式(1)计算纤维损失率(M₁)，按式(2)计算PBO纤维增强环氧树脂复合材料中树脂含量(M_r)：

纤维损失率M₁=(G_f1-G_f2)/G_f1×100% ………………………………… (1)；

树脂含量M_r=[1-G₂/G₁(1-M₁)]×100% ………………………………… (2)。

本发明涉及的PBO纤维增强环氧树脂复合材料中树脂含量的检测方法，对胺固化环氧体系，所述消化剂硫酸的浓度介于45%-60%(wt)之间，消化温度120-150℃，消化时间为45min-1.5h。

本发明涉及的PBO纤维增强环氧树脂复合材料中树脂含量的检测方法，对于酸酐固化环氧树脂体系，所述消化剂硫酸的浓度介于55%-65%(wt)之间，消化温度为150-180℃，消化时间为2h-3h。

本发明涉及的PBO纤维增强环氧树脂复合材料中树脂含量的检测方法，所述消化体系处理过程消化终点的判断方法为以步骤(4)消化后的纤维按步骤(3)操作，保温10min，体系不浑浊。

本发明涉及的PBO纤维增强环氧树脂复合材料中树脂含量的检测方法，所述消化体系处理过程重复处理2次。

本发明涉及的PBO纤维增强环氧树脂复合材料中树脂含量的检测方法，树脂基体消化完全，纤维损失少，操作简单，测试周期短，检测准确度高。适用于易氧化纤维增强环氧树脂复合材料的树脂含量测定，特别适用于PBO纤维增强环氧树脂复合材料中树脂含量的测定。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可对本发明作各种改动和修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

实施例1

将PBO增强 TDE-85/DDM(亚甲基二苯胺)复合材料加工成5个长15mm、宽5mm、厚3mm的样品，质量G₁分别为0.4644g、0.4710g、0.4613g、0.4662g、0.4727g。

质量含量45%的硫酸水溶液作为消化剂。

在5个250ml锥形瓶中，分别加入消化剂150ml和试样，120℃消化1.5h得到消化体系，用蒸馏水对逐个样品的消化体系缓慢稀释至体系澄清并冷却，真空抽滤，至消化液澄清。将纤维放入150ml消化剂中，120℃消化10min，体系保持澄清。用蒸馏水清洗纤维，干燥纤维称量质量G₂分别为0.3978g、0.4030g、0.3951g、0.3998g、0.4073g。

截取同规格3段PBO纤维作为空白试样，质量G_f1分别为2.1920g、2.2318g、2.1531g，重复上述操作，得到空白试验残留纤维质量G_f2分别为2.1733g、2.2127g、2.1348g，按式(1)计算纤维损失率，3个样品分别为0.85%、0.85%、0.84%，均值为0.85%(M₁)。

按式(2)计算样品的树脂含量，五个样品分别为13.6%、13.7%、13.6%、13.5%、13.1%，平均树脂含量为13.5%(M_r)。

该检测方法硫酸浓度低、消化时间短，对纤维损伤小；测试结果离散系数小，仅为0.017，准确度高。

实施例2

将PBO增强 AG-80/MPDA(间苯二胺)复合材料加工成5个长15mm、厚2mm的半圆拱形样品，质量G₁分别为0.4071g、0.4132g、0.4176g、0.4085g、0.4283g。

质量含量60%的硫酸水溶液作为消化剂。

在5个250ml锥形瓶中，分别加入消化剂150ml和试样，150℃消化45min得到消化体系，用蒸馏水对逐个样品的消化体系缓慢稀释至体系澄清并冷却，真空抽滤，至消化液澄清。将纤维放入150ml消化剂中，150℃消化10min，体系保持澄清。用蒸馏水清洗纤维，干燥纤维称量质量G₂分别为0.2538g、0.2568g、0.2608g、0.2575g、0.2662g。

截取同规格3段PBO纤维作为空白试样，质量G_f1分别为2.0988g、2.1344g、2.1085g，重复上述操作，得到空白试验残留纤维质量G_f2分别为2.0805g、2.1156g、2.0901g。按式(1)计算纤维损失率，3个样品分别为0.87%、0.88%、0.87%，均值为0.87%(M₁)。

按式(2)计算样品的树脂含量，五个样品分别为37.1%、37.3%、36.9%、36.4%、37.3%，平均树脂含量为37%(M_r)。

该检测方法硫酸浓度低、消化时间短，对纤维损伤小；测试结果离散系数小，仅为0.011，准确度高。

实施例3

将PBO增强 TDE-85/THPA(四氢苯酐)复合材料加工成5个半径为7.5mm的圆形薄片样品，质量G₁分别为0.5169g、0.5024g、0.5184g、0.5215g、0.5088g。

质量含量55%的硫酸水溶液作为消化剂。

在5个250ml锥形瓶中，分别加入消化剂150ml和试样，150℃消化3h得到消化体系，用蒸馏水对逐个样品的消化体系缓慢稀释至体系澄清并冷却，真空抽滤，至消化液澄清。将纤维放入150ml消化剂中，150℃消化10min，体系保持澄清。用蒸馏水清洗纤维，干燥纤维称量质量G₂分别为0.2846g、0.2786g、0.2901g、0.2876g、0.2831g。

截取同规格3段PBO纤维作为空白试样，质量G_f1分别为2.9448g、2.8741g、2.9591g，重复上述操作，得到空白试验残留纤维质量G_f2分别为2.9209g、2.8511g、2.9345g。按式(1)计算纤维损失率，3个样品分别为0.81%、0.80%、0.83%，均值为0.81%(M₁)。

按式(2)计算样品的树脂含量，五个样品分别为44.5%、44.1%、43.6%、44.4%、43.9%，平均树脂含量为44.1%(M_r)。

该检测方法硫酸浓度低、消化时间短，对纤维损伤小；测试结果离散系数小，仅为0.008，准确度高。

实施例4

将PBO增强 E-51/MeHHPA(甲基六氢苯酐)复合材料加工成5个长10mm、宽4mm、厚2mm的样品，质量G₁分别为0.5326g、0.5232g、0.5193g、0.5471g、0.5384g。

质量含量60%的硫酸水溶液作为消化剂。

在5个250ml锥形瓶中，分别加入消化剂150ml和试样，165℃消化2.5h得到消化体系，用蒸馏水对逐个样品的消化体系缓慢稀释至体系澄清并冷却，真空抽滤，至消化液澄清。将纤维放入150ml消化剂中，165℃消化10min，体系保持澄清。用蒸馏水清洗纤维，干燥纤维称量质量G₂分别为0.4124g、0.4083g、0.4113g、0.4247g、0.4244g。

截取同规格3段PBO纤维作为空白试样，质量G_f1分别为2.5551g、2.7461g、2.5946g，重复上述操作，得到空白试验残留纤维质量G_f2分别为2.5334g、2.7233g、2.5725g。按式(1)计算纤维损失率，3个样品分别为0.85%、0.83%、0.85%，均值为0.84%(M₁)。

按式(2)计算样品的树脂含量，五个样品分别为21.8%、21.3%、20.1%、21.7%、20.5%，平均树脂含量为21.08%(M_r)。

该检测方法硫酸浓度低、消化时间短，对纤维损伤小；测试结果离散系数小，仅为0.036，准确度高。

实施例5

将PBO增强 E-51/HK-021(甲基四氢苯酐)复合材料加工成5个半径为5mm的圆形薄片样品，质量G₁分别为0.4981g、0.4836g、0.4895g、0.4971g、0.4931g。

质量含量65%的硫酸水溶液作为消化剂。

在5个250ml锥形瓶中，分别加入消化剂150ml和试样，180℃消化1h得到消化体系，用蒸馏水对逐个样品的消化体系缓慢稀释至体系澄清，纤维中仍有树脂颗粒。分别加入150ml消化剂，180℃消化45min，用蒸馏水分别稀释、澄清消化体系，真空抽滤至消化液澄清。将纤维放入150ml消化剂中，180℃消化10min，体系保持澄清。用蒸馏水清洗纤维，干燥纤维称量质量G₂分别为0.2285g、0.2243g、0.2343g、0.2339、0.2282g。

截取同规格3段PBO纤维作为空白试样，质量G_f1分别为2.5202g、2.4163g、2.3951g，重复上述操作，得到空白试验残留纤维质量G_f2分别为2.4976g、2.3951g、2.3733g。按式(1)计算纤维损失率，3个样品分别为0.90%、0.88%、0.91%，均值为0.89%(M₁)。

按式(2)计算样品的树脂含量，五个样品分别为53.7%、53.2%、51.7%、52.5%、53.3%，平均树脂含量为52.88%(M_r)。

该检测方法硫酸浓度低、消化时间短，对纤维损伤小；测试结果离散系数小，仅为0.015，准确度高。

Claims

1.一种PBO纤维增强环氧树脂复合材料中树脂含量的检测方法，包括试样准备、消化剂配制、消化、消化体系处理、空白试验与计算过程：

(4) 消化体系处理：将蒸馏水缓慢滴加到消化体系中，至消化体系分层，液相澄清，纤维浮至溶液表面；过滤，清洗、干燥纤维，称量纤维得到样品中PBO纤维质量(G₂)；

纤维损失率M₁=(G_f1-G_f2)/G_f1×100% …………………… (1)；

树脂含量M_r=[1-G₂/G₁(1-M₁)]×100%……………………… (2)。

2.根据权利要求1所述的PBO纤维增强环氧树脂复合材料中树脂含量的检测方法，对胺固化环氧体系，所述消化剂硫酸的浓度介于45%-60%(wt)之间，消化温度120-150℃，消化时间为45min-1.5h。

3.根据权利要求1所述的PBO纤维增强环氧树脂复合材料中树脂含量的检测方法，对于酸酐固化环氧树脂体系，所述消化剂硫酸的浓度介于55%-65%(wt)之间，消化温度为150-180℃，消化时间为2h-3h。

4.根据权利要求1、2或3所述的任一PBO纤维增强环氧树脂复合材料中树脂含量的检测方法，所述消化体系处理过程消化终点的判断方法为以步骤(4)消化后的纤维按步骤(3)操作，保温10min，体系不浑浊。

5.根据权利要求4所述的PBO纤维增强环氧树脂复合材料中树脂含量的检测方法，所述消化体系处理过程重复处理2次。